大型船舶直线航迹自校正控制研究.pdf
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1、第4 5 卷第1 8 期2023年9 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.18Sep.,2023大型船舶直线航迹自校正控制研究王红林1 2(1.江苏科技大学自动化学院,江苏镇江2 1 2 0 0 3;2.镇江市高等专科学校电气与信息学院,江苏镇江2 1 2 0 2 8)摘要:随着科技的发展,大型船舶的操控技术也随之变得越来越先进。为保证大型船舶在操纵和停靠过程中能够安全航行,加强大型船舶的航迹研究具有十分重要的意义。一般而言,影响大型船舶直线航迹的因素有航道条件、大型船舶密度和气象条件等,因此以航迹自校正控制系统的技术为切人口,对大型船舶的操纵技
2、术展开研究,并由此提出相关完善策略,为大型船舶在复杂海域以及风浪海域中的安全航行提供技术支持。关键词:大型船舶;直线航迹;自校正控制系统中图分类号:U667.65文章编号:1 6 7 2-7 6 4 9(2 0 2 3)1 8-0 1 5 8-0 4Research on self tuning control of large ships straight track(1.School of Automation,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang 212003,China;2.School of Electrical
3、 and Information,Zhenjiang College,Zhenjiang 212028,China)Abstract:With the development of science and technology,the control technology of large ships has become more andmore advanced.At the same time,in order to ensure the safe navigation of large ships during maneuvering and docking,it isof great
4、 significance to strengthen the track research of large ships.Generally speaking,factors affecting the straight track oflarge ships include channel conditions,density of large ships and meteorological conditions,etc.Therefore,this paper willstudy the maneuvering technology of large ships by focusing
5、 on the technology of track self-correction control system,andpropose relevant improvement strategies to provide technical support for the safe navigation of large ships in complex seaareas and stormy sea areas.Key words:large ships;straight track;self tuning control system0引言大型运输船舶的安全航行问题,一直以来都是航运界
6、关注的重点问题之一。特别是近年来随着世界范围内经济发展形势的不断变化,许多国家都把海洋交通运输系统的安全性要求提到了新的高度,从而使得这个问题更加突出。因此,为确保大型运输船舶及海上设施的运行安全,颁布了载重线公约、SOLAS公约,并对海上运输的重大安全事故处理过程进行规范I-3。在风浪水域中,海面波涛汹涌,风力和浪高都比较大,这将使得船舶受到强大的冲击力,从而发生滚动和倾斜。尤其是当风浪方向与船舶行驶方向垂直时,船舶更容易受到侧向的力量,导致侧倾或倾覆。收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 9作者简介:王红林(1 9 7 3-),男,硕士,讲师,研究方向为控制理论与控制工程及智能测控系统设计
7、。文献标识码:Adoi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.18.028WANG Hong-linl-2在强风浪的环境下,船舶行驶速度通常会很慢,这是因为船舶需要克服风浪产生的阻力。而减缓航速可能会影响航行计划,并增加航行时间。长时间在风浪水域中航行,将会对船舶的结构产生大量振动和冲击,从而导致部分设备、管道和结构零件受损。同时,这些振动和冲击也可能引起带电设备的故障。因此,海上航行时必须谨慎处理风浪环境,并根据气象预报和海况变化做出相应的决策,例如调整航向和速度、加强监控和保养、采取防护措施等,以确保船舶和船员安全 4-。本文提出的大型船舶自校正控制系统,能够基于船舶
8、航行的相关参数对其直线航迹进行调整。以仿真第4 5 卷形式对其展开研究,在论述其可行性后,提出相关大型船舶操纵建议,进一步丰富及完善大型船舶直线航迹相关研究。1大型船舶自校正控制系统工作原理大型船舶自校正控制系统,主要是由自动优化控制系统结合自适应控制法(MRAS)而形成的一种应用型控制系统。大型船舶自校正控制系统流程如图1所示,该流程图描述了大型船舶自校正控制系统的参数控制过程。参考输入控制器参数图1 大型船舶自校正控制系统工作流程Fig.1 Self tuning control system for large ships可知,该系统能够在确保稳定性的同时,对搜集到的信号进行针对性分析,
9、最终实现将误差信号的出现几率降至最低。2大型船舶直线航迹自校正参数模型的确定2.1船舶参数选择以某大型船舶(VLCC)为例,利用数据采集与监视控制系统(SCADA)调取相关参数,设其载重量为20104t,长度为330 m,吃水为2 1 m。基于国际船舶与海洋标准(ISO11674),对该类型船舶的自身参数及航迹控制参数进行研究。2.2模型确定本文研究了大型船舶直线航迹自校正模型,并通过数学建模方法对参数模型进行分析,同时基于Lya-punov函数对非线性参数进行设计优化,其公式为:(y=Usin,山=r,1K(r=-r-TT式中:为大型船舶发生横向偏移,U为大型船舶航迹速度,为大型船舶的行驶方
10、向,r为首摇角速度,T、K、为大型船舶直线航迹的相关参数。船舶首摇阻尼因风阻系数的降低而降低,同时由于VLCC的质量较大,该大型船舶从初速V。减至0后,其相对应的定速直线前进的航迹会更长。由王红林:大型船舶直线航迹自校正控制研究其控制律如下:KS=-kik(+f(v)-(k1+k-元)参数调制以上模型与基于Lyapunov函数进行的非线性模型相同,在围绕大型船舶直线航迹自校正算法的基础被控对象上,考虑到大型船舶在航行中受航速、装载量以及水环境等因素的影响,其直线航迹将不会只受到船舶自输出身动力系统的影响,因此为保证大型船舶直线航迹自校正算法的准确性,进一步对其航迹控制律进行优化,继而得出最终的
11、表达式:S=-ku(arctan(ky)+4)-kr-kar3。3大型船舶直线航迹自校正系统检验3.1直线航迹自校正控制准确性分析基于前文相关参数及计算公式,对某大型船舶3个月的航迹偏差角度进行数据统计,在航迹计算公式上充分考虑了该大型船舶近3年的工作海况环境,对偏航轨迹进行统计,固定时间段内大型船舶航迹偏差角度如图2 所示。其结果表明偏差角度在输入参量为1 0-4 1 0-3区间达到最大。550525500475450425400图2 固定时间段内大型船舶航迹偏差角度Fig.2 Deviation angle of large ships trajectory duringa fixed t
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